TGV. Novo tren de alta velocidade
1990/03/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria
Entre o TGV atlántico e mediterráneo, aparte da cor, non hai diferenza aparente. Una delas é azul e outra de cor laranxa, e desde o exterior son as mesmas: forma, seda, etc. Con todo, se se analiza con moito coidado, hai diferenzas. Ten algo alterada a carrozaría da locomotora e entre os coches motores primeiro e último, o atlántico TGV (que agora vai até Bordeus) ten outros dez coches, mentres que o mediterráneo ten oito.
Tamén hai diferenzas en canto á velocidade dun e outro. O TGV normal ten 270 km/h e o TGV atlántico 300 km/h. Con todo, paira conseguir 30 km/h máis cos pasaxeiros, mantendo o mesmo vestido exterior, tivo que cambiar moito a maquinaria interior. Os motores son novos (máis lixeiros e o dobre de potencia), a capacidade dos freos é un 70% maior (e ademais teñen mecanismo antibloqueo), suspensión neumática, coches máis lixeiros, etc.
Estrutura do TGV
Con todo, a estrutura básica de TGV mantívose, xa que a práctica demostrou que é moi adecuada paira o seu funcionamento. O tren completo consta de dous coches motores (o primeiro e o último), entre os que se formaron un conxunto homoxéneo de dez coches articulados, cun bogie baixo a intersección de dúas. Non hai, por tanto, como nos trens clásicos, una locomotora e despois coches independentes, cada un con dous bogies.
A estrutura de TGV ten as súas vantaxes. Ao ter menos bogies e carecer de espazo entre coches, o aire xera menos turbulencias e é aerodinámicamente moito mellor. Bogies de tres metros con motor suspendido. O motor transmite a velocidade de xiro á roda mediante reductor e unión homocinética (como nos automóbiles).
Cada vez máis rápido
En canto á velocidade do tren, o cambio da velocidade normal de 270 a 300 km/h xerou moitos problemas, máis que o de 200 a 260 km/h. A velocidade habitual de 200 km/h alcanzouna en 1967 o tren “Capitole” que viaxaba en Francia de París a Tolosa. En 1981 a velocidade normal de TGV era de 260 km/h. Paira conseguilo, con todo, os materiais e a estrutura do tren eran totalmente diferentes. Os vagóns operativos e intermedios formaban un conxunto articulado moito máis lixeiro.
Problemas de velocidade
Acelerar a velocidade parece bastante fácil a primeira ollada. Parece suficiente con pór máis potencia paira a tracción, pero as cousas non son tan sinxelas. Se tentásemos establecer una velocidade de 300 km/h a un tren normal, descargaríase xa que antes a vía e os bogies non estarían preparados paira iso. Ademais, esta velocidade incrementaría o problema de freado.
O aumento da velocidade implica, por tanto, o desenvolvemento de diferentes parámetros contrapostos entre si. Debe ser máis lixeiro paira superar por unha banda a inercia da masa a acelerar e frear, e doutra banda, ter maior potencia. Con todo, paira transmitir máis potencia é necesario ter máis peso.
As forzas en xogo no tren soben en función do cadrado da velocidade e en función do cubo da velocidade de potencia ou do cadrado. Por exemplo, a velocidade de paso de 100 a 200 km/h requiriría catro veces a resistencia e oito veces a potencia. No TGV atlántico tamén se produciu un aumento da velocidade do 11% (de 270 a 300 km/h), una resistencia aerodinámica do 23% e una potencia do 36%. Na práctica tívose que revisar todo no tren: suspensión, estabilidade, confort dos viaxeiros, freado, sinalización, etc.
Novo ferrocarril
Os carrís, con todo, non supuxeron grandes quebradizos de cabeza, xa que no deseño das vías paira TGV tivéronse en conta velocidades superiores aos 300 km/h. Por iso conseguiron experimentalmente a marca mundial.
Pero non hai que esquecer o que ocorreu en 1955 nun tramo recto de Landeta. Os trens experimentais CC e BB alcanzaron una velocidade de 331 km/h, pero o ferrocarril quedou cheo de ondas e deteriorado, de maneira que todo foi renovable. A estas velocidades os golpes de costado das rodas dos bogies son enormes (crecen en función do cadrado da velocidade).
O ferrocarril paira TGV, por tanto, é moito máis pesado, estable e de maior precisión que o ferrocarril normal. Os carrís son máis pesados, de 60 kg/m (os normais pesan 45 ou 50 quilos) por metro. Están mellor asentados no chan e á vez controláronse coidadosamente o paralelismo e a aliñación. Utilizáronse instrumentos ópticos precisos para que nunha lonxitude de quilómetro haxa diferenzas de poucos milímetros.
Cada quilómetro de vía paira TGV ten una media de 4.000 toneladas de balastos, 1.600 de travesas (392 toneladas de peso) e 120 toneladas de carrís.
Motores e potencia da locomotora
Con todo, paira circular a esas grandes velocidades, ademais dun bo ferrocarril, necesítanse máquinas de alta potencia. Aínda que o tamaño da locomotora só o poida supor, o maior espazo non o ocupan os motores, senón os transformadores, ventiladores, rectificadores de corrente e moduladores de corrente. Os motores están moi baixos entre as rodas dos bogies. Por tanto, teñen moi pouco espazo. Non hai que esquecer que ademais dos motores, o reductor debe levar os seus propios engranes e as caixas de transmisión. Os motores do TGV mediterráneo son de corrente continua, con 550 kW ou 750 Z.P. cada un. Na actualidade. O TGV atlántico ten motores autosíncronos de 1100 kW ou 1500 CV cada un. Isto supón o dobre de potencia, a pesar de ser máis pesada (1430 kg).
Paira indicar brevemente o funcionamento dos motores autosíncronos, pódese facer virar o compás movendo o imán ao seu ao redor. O imán pode ser substituído por tres bobinas fixas ao redor da agulla. En tres bobinas pódese pasar corrente alterna, creando un campo magnético rotativo e facendo virar o compás. Na práctica substitúese o compás por un rotor con bobinas. Desta forma conseguimos un motor síncrono de excelente rendemento, pero ten os seus obstáculos. Por unha banda, non salgue el só e por outro, xira á velocidade que marca a frecuencia da corrente. Obviamente, non se parte porque o campo magnético creado no estator ponse a golpe en réxime de 3000 revolucións por minuto (50 Hz de corrente) e vese afectado pola inercia do rotor.
O campo magnético debe comezar a virar lentamente para que o rotor iníciese lentamente. Por tanto, a frecuencia da corrente debe pasar progresivamente de cero a frecuencia normal. Isto conséguese na actualidade grazas aos semiconductores.
Grazas aos circuítos realizados con semiconductores, o momento do par de forza é máximo ao arrincar (do mesmo xeito que nos motores de corrente continua), obtendo altos rendementos e obtendo una gran potencia comparada co peso propio.
Ao ser o motor máis pequeno pódese colocar mellor no bogie. O espazo entre eixos de Bogie é pequeno e entre rodas ou carrís (1,435 m) e o motor convencional de corrente continua non sería posible.
Cada bogie ten dous eixos e o seu motor, 1.300 kW ou 1.750 cabalos. O TGV atlántico ten dous bogies motores diante e outros dous detrás, polo que con oito eixos pode dar una potencia de 14.000 cabalos no arranque e 12.000 velocidades ordinarias.
En tramos curtos e experimentalmente cada motor pode achegar 1.900 cabalos de potencia (un total de 15.200), o que permitiu romper a marca alemá de 406,9 km/h.
Confort do tren
Con todas estas potencias dos motores débese conseguir que o tren se manteña a unha velocidade de 300 km/h sen vibracións e cunha estabilidade total. Niso teñen moito que ver a inclinación cara ao interior dos raíles e o perfil cónico das rodas. Esta forma fai que os vagóns sempre teñan tendencia a ir á metade dos carrís.
Cando o tren está en marcha, as vibracións a esquerda-dereita son sempre frecuentes e os golpes de albahaca en zigzag aumentan en función do cadrado da velocidade, prexudicando a estabilidade de todo o tren. O confort dos viaxeiros, por suposto, tampouco é beneficioso.
Bogies
No TGV mediterráneo demostrouse que a distancia entre eixos nos bogies era de 3 metros. Mantendo esta distancia, revisáronse as conexións entre bogies e eixos, así como entre bogies e vagóns. É recomendable dispor dun bogie lixeiro. Por unha banda, o bogie é a única masa que non está suspendida e, doutra banda, canto máis rápido é, menos golpes danse ao ferrocarril.
O bogie motor non soporta directamente os motores. Os motores van unidos ao bastidor da máquina e a transmisión até as rodas realízase grazas a un enlace homocinético. Con todo, entre as rodas e o bogie existen complexas unións elásticas paira amortecer esforzos progresivos, verticais e de albahaca (zigzag). Paira medir e controlar todos estes parámetros utilizouse ademais o computador.
Os bogies portantes ou intermedios son da mesma forma, tamaño e estabilidade que os bogies tractores. Cada bogie portador suxeita os extremos de dous coches consecutivos. Por iso é moi importante que as vibracións do bogie non se transmitan aos vagóns. A unión entre ambos os coches realízase mediante un gran anel que se realiza mediante unha nova suspensión neumática do bogie.
Aínda que pareza sorprendente, a maioría dos amortiguadores pneumáticos están colocados horizontalmente, xa que as oscilacións prodúcense por flexión. O equilibrio entre o pneumático que transmite e amortece as oscilacións dun vagón a outro de forma horizontal a todo o tren articulado, a unha velocidade de 300 km/h, proporciona aos pasaxeiros un confort e confort único.
Freado do tren
Aínda que o tren tratou de facelo o máis rápido posible, cando vai cargado ten un peso total de 490 toneladas. Cando toda esta masa circule a unha velocidade de 300 km/h, en caso de emerxencia deberá deterse o máis rapidamente posible, a menos de tres quilómetros e media. Paira iso, como é habitual, non basta con pór un freo a cada roda.
Os bogies motores dispoñen por unha banda dunha zapata de freado en roda e por outro os motores frean actuando como alternador, xa que deixan de ser motores paira converterse en xeradores, eliminando a corrente eléctrica xerada en forma de calor mediante un reostato. O motor síncrono tamén pode ser alternador. Paira iso, primeiro elimínase a corrente á que se fornece e despois envíase a corrente de excitación.
Isto non é suficiente paira frear adecuadamente un tren de 490 toneladas. Ademais, cada eixo das rodas ten 4 discos de freado (88 discos en total). Ademais, estes discos de gran potencia non deben ventilarse ao frear.
Ferrocarril
Paira completar esta máquina foi necesario que os semiconductores e a electrónica alcancen os niveis de desenvolvemento actuais. Tardaría moito en describir os circuítos electrónicos da locomotora do TGV Atlántico, pero diremos que o obxectivo principal é capturar a corrente eléctrica desde a catenaria da liña (alterna de 25.000 voltios ou recta de 1.500 voltios) mediante un pantógrafo e convertela en corrente adecuada paira motores autosíncronos.
A informática tamén ten un papel importante na seguridade do tren. O condutor da máquina é informado por numerosos microprocesadores tras as operacións automáticas de sinalización e control. Moitos dos elementos de seguridade do tren son analizados mediante microprocesadores: freos, estabilidade de bogies, funcionamento dos elementos de tracción e transmisión, temperatura dos eixos, funcionamento dos sinais, etc. Digamos que o TGV atlántico é o mellor conservado en seguridade comparado con outros trens franceses.
Tamén é un tren barato desde o punto de vista de consumo. Este tren necesita 1,5 litros de gasolina por pasaxeiro e cada cen quilómetros, que se despraza tres horas desde París até Bordeus. Desde o punto de vista de consumo custará sen dúbida romper a marca marcada polo TGV Atlántico.
Vagóns
Se nos fixamos nos vagóns, todo mellorou respecto ao tren mediterráneo. Realizáronse melloras na decoración interior e instaláronse novos tipos de habitacións. O tren dispón dunha sala de primeira clase, habitacións paira familias e grupos de viaxeiros, salas paira nenos, gardaría, cabinas telefónicas, etc.
A cor exterior do tren tamén cambiou, xa que é azul e gris metalizado. Pintar con pigmentos metálicos un tren de 238 metros non é una broma, pero non se pode negar que se gañou en estética.
Os vagóns poden coller un total de 522 pasaxeiros e levalos a unha velocidade de 300 km/h, coidando moi ben o importante silencio, a velocidade e a seguridade.
Dadas as características deste tren, os compradores achegáronse en breve. Xa son clientes de SNCF en Francia e RENFE en España, e a partir de agora, por suposto, contará con outros compradores.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
